Funkčný generátor signálu FG-100

Funkčný generátor signálu FG-100
Elektrolab Pridal  Elektrolab
  1056 zobrazení
0
 0
Recenzie meracej techniky

FG-100 je malý digitálny funkčný generátor pre nízkofrekvenčné aplikácie ponúkaný za cenu okolo 30,00 €. FG-100 generuje sínusové vlny do 500 kHz,obdĺžnik, trojuholník a pílové signály až do 20 kHz.

Priamy odkaz na kúpu FG-100 - klikni (Banggood)

Priamy odkaz na kúpu FG-100 - klikni (Aliexpress)

Špecifikácie generátora

Začneme tým, čo je najdôležitejšie pre každého potencionálneho záujemcu, a to špecifikáciami generátora FG-100:

  • Výstupné signály: sínusový, obdĺžnikový, trojuholníkový, kladný a záporný pilovitý
  • Frekvenčný rozsah sínusového signálu: 1 Hz ~ 500 kHz
  • Frekvenčný rozsah obdĺžnikového signáli: 1 Hz ~ 20 kHz
  • Frekvenčný rozsah trojuholníkového signálu: 1 Hz ~ 20 kHz
  • Frekvenčný rozsah pilovitého signálu: 1 Hz ~ 20 kHz
  • Výstupné napätie: 0 V ~ ± 10 V Peak to Peak
  • Výstupná impedancia signálu: 50 Ω
  • Skreslenie sínusového signálu: menej ako 1% (1 kHz),
  • Rozlíšenie nastavenia frekvencie: 1 Hz
  • DC offset: ± 10 V max.
  • Displej: LCD1602, 2 x 16 znakov, 58 mm x 9,4 mm
  • Mikrokontrolér: ATMega48, 8 bitov
  • Napájacie napätie: 3,5 V ~ ~ 10 V DC
  • Napájací prúd: typický 300 mA
  • Rozmery: 140 mm x 80 mm x 35 mm
  • Hmotnosť: 184 g

FG-100 sa dodáva v robustnom plastovom puzdre. Predná strana nie je potlačená, ale na pevnú samolepiacu fóliu je spravená potlač celého predného panela, ktorá je prilepená k puzdru. Na niektorých modeloch sa uvádza výrobca „EZM Electronics Studio“, iní dodávatelia však dodávajú výrobok bez uvedenia mena výrobcu.

Napriek nízkej predajnej cene vyzerá FG-100 veľmi reprezentatívne.

Napájanie

Aby sa ušetrili peniaze, FG-100 tak sa generátor samozrejme dodáva bez napájacieho adaptéra. Jednotku musíte napájať zo stabilizovaného jednosmerného napätia medzi 3,5 V a 10 V. Na ľavej strane je štandardný 3,5 mm konektor napájania. Zariadenie sa dodáva s relatívne krátkym napájacím káblom, ktorý končí konektorom USB-A, ale musím podotknúť, že nie veľmi valnej kvality a to a s ohľadom na jeho priemer (3.5mm). Na skúšky bol použitý stabilizovaný sieťový zdroj nastavený na 5,0 V.

Prevádzka FG-100

Nízka cena samozrejme znamená, že dizajnéri odstránili všetky drahé komponenty, ako sú otočné prepínače a presné potenciometre. Musíte si preto vystačiť s ovládaním zariadenia pomocou ôsmich tlačidiel a dvoch lacných potenciometrov. Na druhej strane nič nové pri takejto cene. Pokiaľ chcete zlepšiť parametre, odporúčam vymeniť potenciometre za nejakú kvalitnejšiu značku.

Rozloženie ovládacích prvkov generátora.

Ovládanie a práca s FG-100

Podivná voľba!
Ovládanie FG-100 nie je až také pohodlné, ako by ste očakávali od generátora funkcií a dá sa povedať, že je viac menej nezvyklé. Ihneď po zapnutí zariadenia, softvér nastaví FG-100 na 100 kHz sínusovú vlnu a prepne výstup do režimu STOP. Buďte preto nanajvýš opatrný! Ak je potenciometer amplitúdy úplne otvorený, na výstupe sa okamžite objaví jednosmerné napätie -10 V. Po stlačení tlačidla RUN / STOP generátor okamžite odošle na výstup sínusovú vlnu s frekvenciou 100 kHz a špičkovou hodnotou ± 10 V na výstup BNC - Preto nič nepripájajte na výstup bez dodatočného nastavenia. Rozmnejšou a najmä logickejšou voľbou dizajnérov by bola vhodnejšia počiatočná frekvencia napríklad 1 kHz, pretože 100 kHz je úplne mimo špecifikovaného rozsahu pre obdĺžnik, trojuholník a aj pílu. Tieto sú špecifikované iba do 20 kHz.

FG-100 s počiatočnou sínusovou vlnou 100 kHz. Dôvod? Neznámy...

Nastavenie frekvencie

Ak chcete nastaviť výstupnú frekvenciu na inú hodnotu, postupujte takto:

  • Stlačte tlačidlo RUN / STOP, výstupné napätie klesne na 0 V.
  • Pomocou tlačidla CURSOR vyberte číslicu, ktorú chcete upraviť, táto číslica bude blikať.
  • Pomocou tlačidiel + a - nastavte číslicu na požadovanú hodnotu.
  • Nakoniec opätovným stlačením tlačidla RUN / STOP sa na výstup privedie sínusová vlna na zvolenej frekvencii.

Nastavenie priebehu

 

  • Stlačte tlačidlo RUN / STOP, výstupné napätie klesne na 0 V.
  • Stlačte niekoľko krát tlačidlo MODE, až kým sa na displeji nezobrazí požadovaný tvar vlny.
  • Nakoniec stlačte RUN / STOP znova, výstup poskytne zvolený priebeh.

Nastavenie amplitúdy
Jeden potenciometer je k dispozícii na pravej strane krytu. V tomto bode sa budete musieť vysporiadať s obmedzeniami takého lacného dizajnu. Okrem potenciometra pre nastavenie amplitúdy majú profesionálne generátory funkcií aj otočný prepínač, pomocou ktorého môžete zvoliť dekadicky výstupné napätie:

  • 0 mV až ± 10 mV.
  • 0 mV až ± 100 mV.
  • 0 V až ± 1 V.
  • 0 V až ± 10 V.

Pri takomto nastavení nie je problém nastaviť výstupné napätie napríklad na 5 mV na ovládanie citlivého zosilňovača mikrofónu. Avšak pri FG-100 s nastavením pomocou jediného potenciometra medzi 0 V a ± 10 V to takto bohužiaľ nefunguje. Aj keď potenciometer mierne pootočíte, tak FG-100 už dodáva napätie ± 100 mV, s množstvom šumových a kvantizačných efektov. Aby ste získali užitočné mV signály z FG-100, musíte k výstupu pripojiť externý delič napätia, ktorý si môžte napríklad sami vyrobiť. Generátor by sa dal aj upraviť napríklad výmenou potenciometra za kvalitnejší typ, poprípade ho nahradiť otočným prepínačom s viacerými odbočkami, ale na takéto "laborovanie" v skrinke veľa miesta nenájdete, nakoľko je v nej využitý každý milimeter priestoru. Ale za skúšku človek nič nedá.

Nevýhoda iba jedného amplitúdového potenciometra: nie je možné ho nastaviť malé čisté napätie.

Nastavenie offsetu
Táto voľba umožňuje vložiť do výstupného signálu nastaviteľné jednosmerné napätie. Táto možnosť je aktivovaná stlačením tlačidla DC OFFSET ON / OFF a otočením potenciometra na prednom paneli. Upozorňujeme, že výstupné napätie je obmedzené na +10 V a -10 V a použiteľnosť tejto možnosti je veľmi obmedzená.

Zapnutie LPF filtra
Tlačidlo FILTER zapína dolnopriepustný filter, aby sa minimalizoval šum kvantifikovaný vo výstupnom signáli. Zapnutím tohto filtra sa však nepreukázal žiaden pozitívny efekt na výstupe generátora. Aj keď sa generuje obdĺžnik s hodnotou 20 kHz, v rozsahu s filtrom alebo bez filtra nie je vidieť žiadny rozdiel.

Obvodové riešenie generátora FG-100

Čo znamená DDS v názve zariadenia?
Zariadenie sa oficiálne nazýva „generátor funkcií DDS“. Skratka DDS znamená skratka „Digital Data Storage“. Je to odkaz na spôsob, akým FG-100 generuje svoje výstupné signály. Ak analyzujete jednu periódu sínusového signálu, môžete ju skompilovať z veľkého počtu po sebe nasledujúcich vzoriek napätia, ktoré tvoria sínusovú vlnu. Tieto vzorky je možné preložiť do digitálneho kódu. Trvanie a tvar sínusovej vlny môžete rekonštruovať predložením všetkých týchto kódov jeden po druhom z digitálneho na analógový prevodník, DAC. DAC potom poskytuje „krokový prístup“ k perióde sínusovej vlny.
To sa presne deje v FG-100 a aj vo všetkých ostatných generátoroch digitálnych funkcií. V pamäti mikrokontroléra ATMega48 sa ukladajú digitálne údaje, ktoré tvoria digitálne znázornenie sínusového tvaru, obdĺžnika, trojuholníka, pozitívneho pílového signálu a negatívneho pílového signálu. Ak nastavíte FG-100 na určitý priebeh a určitú frekvenciu, softvér umiestni údaje z pamäte v správnom poradí a správnou rýchlosťou na osem dátových liniek. Prostredníctvom DAC sa tieto digitálne vzorky prevedú na analógové vzorky, ktoré vytvárajú krokový prístup k požadovanému výstupnému signálu.

Princíp postupného prístupu k výstupnému napätiu.

Doska s plošnými spojmi FG-100

Obojstranná DPS vyzerá veľmi profesionálne. Pretože napájací zdroj je najmenej +3,5 Vdc a výstup môže byť ± 10 V, musí byť v napájacom zdroji trochu viac elektroniky. Jadrom tejto časti obvodu je multiplikátor so spínaným napätím MC34063A, za ktorým nasledujú dva usmerňovacie diódy pre kladné a záporné napájacie napätie a stabilizátor AMS117 pre 5 V. Tri elektrolytické kondenzátory vyhladzujú tri napájacie napätia +13,0V, -13,0V a +5,0V.
Stupeň analógového výstupu je postavený na dvoch operačných zosilňovačoch TL072C. S ich šírkou pásma 3 MHz a vlnovou rýchlosťou 13 V / µs určujú maximálny frekvenčný rozsah pre obdĺžnik, pílu a trojuholník. Tieto priebehy obsahujú veľa vysokých harmonických, ktoré sú tlmené obmedzenou šírkou pásma týchto operačných zosilňovačov.

PCB FG-100 obsahuje tri jasne rozlíšiteľné funkčné časti.

DAC prevodník za použitia princípu R-2R

Pod mikrokontrolérom nájdete veľa odporov. Tieto komponenty predstavujú DA prevodník, ktorý prevádza údaje z pamäte mikrokontroléra na analógové napätie. Takýto DAC sa nazýva „R-2R DAC“ a je to najjednoduchší a najlacnejší DAC obvod, ktorý existuje. Princíp je uvedený na nasledujúcom obrázku. S teóriou siete je možné dokázať, že na výstupe operačného zosilňovača sa vytvorí stupňovité napätie, keď na vstupe z L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L na L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L na L-L-L-L-L. Na výstupe tak získate postupnú aproximáciu trojuholníka. Úpravou kódov môžete rovnakým spôsobom pristupovať k sínusovým, obdĺžnikovým alebo pílovým signálom.
Nevýhoda tohto prevodníka jevšak  zrejmá. Všetky body tohto obvodu majú parazitné kapacity na uzemnenie. Spolu s rezistormi tvoria dolnopriepustné filtre, ktoré nepriaznivo ovplyvňujú reprodukciu vysokých frekvencií.

Základný princíp DA prevodníka R-2R.

FG-100 v testovacej prevádzke

Generátor funkcií v praxi
Všetky testy sa uskutočňovali so záťažou 1 kΩ. Ukončenie zariadenia pomocou tohto odporu ťažko ovplyvňuje amplitúdu výstupného signálu. Z mierneho poklesu napätia by sme mohli vypočítať, že výstupná impedancia je rovná 45,4 Ω, čiže takmer rovná špecifikovaným 50 Ω.

Sinusový priebeh
Testovali sme sínusový priebeh na frekvenciách 1 kHz, 10 kHz, 100 kHz a 500 kHz. Amplitúda výstupného signálu zostáva konštantná až do 100 kHz a potom postupne klesá. Tvar signálu zostáva na prvý pohľad dobrý, bohužiaľ nebol k dispozícii merač skreslenia na meranie harmonického skreslenia. Presnosť frekvencií je vynikajúca, ako sa dá očakávať od digitálneho systému.

Výstup sínusovej vlny pre frekvencie 1 kHz, 10 kHz, 100 kHz a 500 kHz.

Obdĺžníkový priebeh
Bol testovaný pravouhlý signál na frekvenciách 1 kHz, 10 kHz, 20 kHz a 100 kHz. Amplitúda výstupného signálu zostáva konštantná. Ako sa očakávalo, časy nábehu a pádu zaberajú zvyšujúcu sa časť celkovej periódy signálu. Čas nábehu impulzu je 1,36 µs, nezávisle od nastavenia frekvencie. To zodpovedá rýchlosti prebehu 7,2 V / µs, oveľa menšej, ako môžu použité operačné zosilňovače zvládnuť. Pravdepodobne parazitné kapacity v sieti R-2R spôsobujú zhoršenie rýchlosti prebehu.

Výstup obdĺžnikového signálu pre frekvencie 1 kHz, 10 kHz, 20 kHz a 100 kHz.

Meranie času nábehu prednej hrany obdĺžníka výstupného napätia.

Trojuholníkový a pilový priebeh
Tieto signály nie sú príliš zaujímavé, pretože ich budete v praxi len zriedka používať. Pri 1 kHz je tvar vlny samozrejme vynikajúci, v oscilogramoch nižšie môžete vidieť, ako to vyzerá pri 20 kHz a 100 kHz.

Píla a trojuholník s 20 kHz (hore) a 100 kHz (dolu).

Čo sa stane pri nastavení výstupu pri 999,999 Hz?
Softvér umožňuje nastaviť displej na 999 999 Hz. Samozrejme sme boli zvedaví na výstupné napätie pri tejto frekvencii, ktorá je úplne mimo stanoveného rozsahu. Na naše prekvapenie zariadenie dodáva použiteľnú sínusovú vlnu, aj keď je už značne oslabená v porovnaní s referenčnou sínusovou vlnou pri 1 kHz. Ako ukazuje ľavý oscilogram, na signále je mierna modulácia. Navyše výstupný signál nie je symetrický voči zemi. Ostatné tvary vĺn vedú k úplne chaotickým výstupným napätiam ako je obdĺžnik v pravom oscilograme.

Sínusový a obdĺžnikový priebeh pri frekvencii 999,999 Hz.

Názor na generátor FG-100?

Testy ukazujú, že FG-100 je vynikajúci generátor signálu pre hobby dielňu. Avšak, až na jednu podmienku. Musíte dokončiť zariadenie sami pomocou trojpolohového výstupného atenuátora, ktorý zoslabuje výstupný signál FG-100 faktormi 1/1, 1/10 a 1/100. Bez takéhoto doplnku je presné nastavenie výstupného napätia absolútne nemožné.

Priamy odkaz na kúpu FG-100 - klikni (Banggood)

Priamy odkaz na kúpu FG-100 - klikni (Aliexpress)

 

Inšpirácia na záver

Alternatívny firmvér pre FG-100 DDS - klikni

Zdroje na stránkach GitHub - klikni



Páčil sa Vám článok? Pridajte k nemu hodnotenie, alebo podporte jeho autora.
 

       

Komentáre k článku

Zatiaľ nebol pridaný žiadny komentár k článku. Pridáte prvý? Berte prosím na vedomie, že za obsah komentára je zodpovedný užívateľ, nie prevádzkovateľ týchto stránok.
Pre komentovanie sa musíte prihlásiť.

Vaša reklama na tomto mieste

Vyhľadajte niečo na našom blogu

PCBWay Promo

ourpcb Promo

PCBWay Promo

ourpcb Promo

PCBWay Promo

ourpcb Promo


Webwiki Button